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Integral von x sin x: Formel, Rechenweg und Beispiele

Das Integral von x sin x ist sin x − x cos x + C. Die partielle Integration Schritt für Schritt, die Probe durch Ableiten, ein Graph und Beispiele wie x² sin x.

Produkte und partielle Integration Aktualisiert 3 Min. Lesezeit

Auf einen Blick

\int x\sin x\,dx = \sin x - x\cos x + C
Stammfunktion
\sin x - x\cos x + C
Methode
Partielle Integration mit u = x, dv = \sin x\,dx
Von 0 bis π
\pi
Von 0 bis π/2
1
Mit sin(kx)
\int x\sin kx\,dx = -\frac{x}{k}\cos kx + \frac{1}{k^2}\sin kx + C
Auf dieser Seite
  1. Graph von x sin x
  2. x sin x Schritt für Schritt integrieren
  3. Probe durch Ableiten
  4. Bestimmte Integrale
  5. Rechenbeispiele
  6. Häufige Fehler

Das Integral von x\sin x ist \sin x - x\cos x + C. Eine Potenz von x mal eine trigonometrische Funktion ist eine klassische Aufgabe für partielle Integration.

\int x\sin x\,dx = \sin x - x\cos x + C

Graph von x sin x

y = x sin x mit schraffierter Fläche von 0 bis π
Der schraffierte Bogen hat genau die Fläche \pi. Der nächste Bogen, von \pi bis 2\pi, liegt unter der Achse und hat die orientierte Fläche -3\pi, und jeder weitere Bogen wächst um 2\pi.

x sin x Schritt für Schritt integrieren

Die Formel der partiellen Integration lautet \int u\,dv = uv - \int v\,du.

  1. Die Teile wählen. u = x und dv = \sin x\,dx. In LIATE kommt algebraisch vor trigonometrisch.
  2. du und v bestimmen. du = dx und v = -\cos x, nach dem Integral von sin x.
  3. Die Formel anwenden. \int x\sin x\,dx = x(-\cos x) - \int(-\cos x)\,dx = -x\cos x + \int\cos x\,dx
  4. Abschließen. \int\cos x\,dx = \sin x, also \int x\sin x\,dx = -x\cos x + \sin x + C

Wählst du stattdessen u = \sin x und dv = x\,dx, ist das Restintegral \int\frac{x^2}{2}\cos x\,dx, mit einer höheren Potenz. Das ist das Signal zum Tauschen.

Probe durch Ableiten

\frac{d}{dx}\left(\sin x - x\cos x\right) = \cos x - \left(\cos x - x\sin x\right) = x\sin x

Die \cos x-Terme heben sich auf, und die Produktregel auf x\cos x liefert das x\sin x.

Bestimmte Integrale

Sei F(x) = \sin x - x\cos x.

Integral Rechnung Wert
\int_0^{\pi/2} x\sin x\,dx F\!\left(\frac{\pi}{2}\right) - F(0) = 1 - 0 1
\int_0^{\pi} x\sin x\,dx F(\pi) - F(0) = \pi - 0 \pi
\int_\pi^{2\pi} x\sin x\,dx F(2\pi) - F(\pi) = -2\pi - \pi -3\pi
\int_0^{2\pi} x\sin x\,dx F(2\pi) - F(0) -2\pi

Allgemein hat der Bogen von k\pi bis (k+1)\pi die Fläche (2k+1)\pi, mit dem Vorzeichen (-1)^k. Die Gesamtfläche (nicht orientiert) von 0 bis 2\pi ist \pi + 3\pi = 4\pi.

Rechenbeispiele

Beispiel 1: ein skalierter Winkel. \int x\sin 2x\,dx. Mit u = x, dv = \sin 2x\,dx, v = -\frac{1}{2}\cos 2x:

-\frac{x}{2}\cos 2x + \frac{1}{2}\int\cos 2x\,dx = -\frac{x}{2}\cos 2x + \frac{1}{4}\sin 2x + C

Beispiel 2: x zum Quadrat, mit dem Tabellenverfahren. Für \int x^2\sin x\,dx leitest du x^2 bis zur 0 ab und integrierst daneben \sin x, mit abwechselnden Vorzeichen:

Vorzeichen Ableiten Integrieren
+ x^2 \sin x
- 2x -\cos x
+ 2 -\sin x
0 \cos x

Multipliziere entlang der Diagonalen:

\int x^2\sin x\,dx = -x^2\cos x + 2x\sin x + 2\cos x + C

Beispiel 3: ein Volumen. Rotiert der erste Bogen von y = \sin x (von 0 bis \pi) um die y-Achse, liefert die Zylindermantelmethode

V = 2\pi\int_0^\pi x\sin x\,dx = 2\pi\cdot\pi = 2\pi^2

Den Ansatz erklärt der Leitfaden zu Rotationsvolumen.

Beispiel 4: ein verschobener Winkel. \int x\sin(x + 1)\,dx = \sin(x+1) - x\cos(x+1) + C, da die innere Funktion die Steigung 1 hat.

Häufige Fehler

  1. v falsch bestimmen. \int\sin x\,dx = -\cos x, nicht \cos x. Die meisten Fehler bei dieser Aufgabe sind Vorzeichenfehler.
  2. Das doppelte Minus verlieren. -\int(-\cos x)\,dx = +\int\cos x\,dx.
  3. u = \sin x wählen. Das Restintegral enthält dann x^2.
  4. \frac{1}{k} und \frac{1}{k^2} bei \sin kx vergessen. Leite dein Ergebnis zur Kontrolle ab.

Vergleiche mit dem Integral von x cos x, das mit denselben Schritten und anderen Vorzeichen funktioniert. Mehr Übung bietet der Leitfaden zur partiellen Integration.

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Häufig gestellte Fragen

Was ist das Integral von x sin x?

Es ist \sin x - x\cos x + C.

Was ist das Integral von x sin x von 0 bis π?

Es ist \pi. Die Stammfunktion ist an der oberen Grenze \sin\pi - \pi\cos\pi = \pi und an der unteren 0.

Was ist das Integral von x² sin x?

Es ist -x^2\cos x + 2x\sin x + 2\cos x + C. Integriere zweimal partiell oder verwende das Tabellenverfahren.

Was ist das Integral von x sin(2x)?

Es ist -\frac{x}{2}\cos 2x + \frac{1}{4}\sin 2x + C. Integriere partiell mit u = x und v = -\frac{1}{2}\cos 2x.

Geschrieben vom PracticeCalculus-Team

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